CN111234934A - 废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法，将酯化反应产生的水分离后的混合物在1#反应釜与催化剂及甲醇搅拌反应；反应后物料自流到1#沉淀釜；当釜底密度计自动测得物料密度达设定值时，沉淀于釜底部分粗甘油自动排入粗甘油槽；1#沉淀釜的物料自流到2#反应釜内，补加催化剂，反应后的混合物自流到2#沉淀釜中，2#沉淀釜内设有挡板，使物料在釜内呈U型流动，粗生物柴油从釜侧面上部流出，其甘油酯含量1.8％‑2.5％，当釜底密度计测得密度达设定值时部分粗甘油自动排入粗甘油槽；两级反应釜与沉淀釜内少量挥发甲醇气冷凝成甲醇液滴返回反应釜中；总反应时间5‑6.5h，反应温度为68‑70℃。本发明自动化水平高、产品质量及稳定性好、生产成本低、转化率高。
Description
技术领域
本发明涉及利用废油脂生产生物柴油的方法，具体涉及废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法。
背景技术
国内生物柴油生产主要以废油脂为原料，而废油脂除了含水、泥沙等杂质外，主要是由游离脂肪酸和甘油酯组成的混合物。废油脂经纯化后普遍采用酯化反应将游离脂肪酸转化为生物柴油和水，经分离出反应生成的水后，再经酯交换反应将甘油酯转化为生物柴油和甘油。酯交换反应生产生物柴油的方法主要有反应釜法、反应塔法和生物酶法，存在的问题是：反应釜法为间歇生产生物柴油，存在着劳动强度大，质量不稳定等问题；反应塔法使用高温高压设备，投资大、能耗高、操作要求高；生物酶法以酶为催化剂，虽然具有绿色环保性，但酶容易中毒失活，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动化水平高、产品质量及稳定性好、生产成本低、转化率高的废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法。
为实现以上目的，本发明废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法的操作步骤如下：
(一)将酯化反应产生的水分离后含有质量比30％-75％的甘油酯的混合物加热后送入1#反应釜中，并加入催化剂及甲醇，搅拌；釜内设有催化剂分布盘、加热盘管和搅拌装置，催化剂分布盘用以提高催化剂分布均匀性，减少副反应发生；通过在加热盘管中通入蒸汽，调节反应温度至68-70℃；搅拌装置使混合物、催化剂及甲醇混合均匀，以加快酯交换反应速度；反应过程中少量挥发起来的甲醇气从釜顶进入1#冷凝器冷凝成甲醇液滴返回到釜中；
(二)1#反应釜中的废油脂、催化剂、甲醇以及反应产生的粗甘油和生物柴油混合物从釜底自流到1#沉淀釜内，1#沉淀釜内少量挥发起来的甲醇气从釜顶进入到1#冷凝器冷凝成甲醇液滴返回1#反应釜中；1#沉淀釜底部装有自动测量的密度计，由于粗甘油的密度比废油脂、生物柴油高而沉淀于釜底，当密度达到设定值时，自动开启釜底阀门将部分粗甘油排入粗甘油槽中，在排放过程中会流失部分催化剂；
(三)1#沉淀釜中的废油脂、甲醇、催化剂以及反应产生的粗甘油和生物柴油混合物从釜底自流到2#反应釜内，并在2#反应釜中补充加入催化剂，2#反应釜内设有催化剂分布盘、加热盘管和搅拌装置，催化剂分布盘用以提高催化剂分布均匀性，减少副反应发生，通过在加热盘管中通入蒸汽调节2#反应釜反应温度至68-70℃，搅拌装置使废油脂、催化剂、甲醇混合均匀，以加快酯交换反应速度，反应过程中少量挥发起来的甲醇气从2#反应釜顶部进入2#冷凝器冷凝成甲醇液滴后返回2#反应釜中；
(四)反应后生成的生物柴油、大部分粗甘油以及甲醇、催化剂等混合物从2#反应釜底部自流到2#沉淀釜中，2#沉淀釜内部中间设有一挡板，使物料在2#沉淀釜内呈U型流动，有利于甘油与生物柴油分离和排出，底部设有自动测量的密度计，生物柴油及甲醇、残存催化剂从2#沉淀釜侧面上部流出，2#沉淀釜中少量挥发起来的甲醇气从顶部进入2#冷凝器冷凝成甲醇液滴后返回到2#反应釜中，粗甘油沉淀于2#沉淀釜底部，当密度达到设定值时，自动开启釜底阀门将粗甘油从2#沉淀釜底排入粗甘油槽中，该粗生物柴油中甘油酯质量比含量为1.8％-2.5％；
(五)酯化反应产生的水分离后的混合物从进入1#反应釜2至粗生物柴油从2#沉淀釜5出来，总的反应时间为5-6.5h。
由于酯交换反应为可逆反应过程，在1#沉淀釜中排出部分粗甘油后，能促使酯交换反应平衡向生成生物柴油方向移动，有利于提高酯交换反应转化率；同时由于排放粗甘油过程中会流失部分催化剂，因此在2#反应釜中适当补充些催化剂，以促进反应继续顺利进行。
本发明废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法具有以下技术特点和有益效果：
1、实现了连续进料和出料，提高自动化控制水平，生产高效，且确保了生产质量的稳定性。
2、连续自动排放甘油，粗生物柴油中甘油酯质量比含量降至1.8％-2.5％左右，酯交换反应转化率高。
3、间歇法(反应釜)相比，操作简单，劳动强度低，效率高；与生物酶法、高温高压法相比，具有低成本优势。
附图说明
图1是本发明废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法系统结构示意图。
附图标记：加热器1、1#反应釜2、1#沉淀釜3、2#反应釜4、2#沉淀釜5、1#冷凝器6、2#冷凝器7、粗甘油槽8。
具体实施方式
下面结合附图和五个具体实施例对本发明废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法作进一步详细说明。
实施例1
图1所示，本发明废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法的操作步骤如下：
将酯化反应产生的水分离后含有质量比30.5％的甘油酯的混合物经加热器1加热后送往1#反应釜2，开启搅拌，同时将催化剂及甲醇分别从釜顶加入1#反应釜2中；1#反应釜2内有催化剂分布盘、加热盘管和搅拌装置，催化剂分布盘提高了催化剂分布均匀性，减少副反应发生；在加热盘管中通入蒸汽，调节1#反应釜2内温度69.1℃；搅拌装置使混合物、催化剂及甲醇混合均匀，反应过程中少量挥发起来的甲醇气从1#反应釜2的釜顶进入1#冷凝器6冷凝后变成甲醇液滴返回到1#反应釜2中；1#反应釜2中的废油脂、催化剂、过量甲醇以及反应产生的粗甘油和生物柴油混合物从釜底自流到1#沉淀釜3上部侧面进入1#沉淀釜3内，1#沉淀釜3内少量挥发起来的甲醇气从釜顶进入到1#冷凝器6冷凝后变成甲醇液滴返回到1#反应釜2中；1#沉淀釜3底部安装有自动测量的密度计，由于粗甘油的密度比废油脂、生物柴油高而沉淀于釜底，当密度达到设定值时，自动开启釜底阀门，将部分粗甘油从底部排入粗甘油槽8中，在排放过程中会流失部分催化剂；1#沉淀釜3中的废油脂、过量甲醇、催化剂以及反应产生的粗甘油和生物柴油混合物从釜底的下部侧面自流到2#反应釜4上部侧面进入2#反应釜4内，并在2#反应釜4中补充加入催化剂，2#反应釜4内设有催化剂分布盘、加热盘管和搅拌装置，催化剂分布盘提高了催化剂分布均匀性，减少副反应发生，在加热盘管中通入蒸汽调节2#反应釜4温度至69.1℃，搅拌装置使废油脂、催化剂、甲醇混合均匀，加快酯交换反应速度，反应过程中少量挥发起来的甲醇气从2#反应釜4的顶部进入2#冷凝器7冷凝成甲醇液滴后返回2#反应釜4中；反应后生成的生物柴油、大部分粗甘油以及过量甲醇、催化剂等混合物从2#反应釜4的底部自流到2#沉淀釜5的上部侧面进入2#沉淀釜5中，2#沉淀釜5内部中间设有一挡板，有利于甘油与生物柴油分离和排出，底部设有自动测量的密度计，物料在2#沉淀釜5内呈U型流动，生物柴油及过量甲醇、残存催化剂从2#沉淀釜5侧面上部流出，2#沉淀釜5中少量挥发起来的甲醇气从顶部进入2#冷凝器7冷凝成甲醇液滴后返回到2#反应釜4中，粗甘油沉淀于2#沉淀釜5底部，当密度达到设定值时，自动开启釜底阀门，将粗甘油从2#沉淀釜5底排入粗甘油槽8中，该粗生物柴油中甘油酯质量比含量为2.1％；酯化反应产生的水分离后含有质量比30.5％的甘油酯的混合物从进入1#反应釜2至粗生物柴油从2#沉淀釜5出来，总的反应时间为5h。
实施例2-实施例5
操作步骤同实施例1，酯化反应产生的水分离后混合物中甘油酯含量、反应温度、反应时间和酯交换后粗生物柴油中甘油酯含量等参数见下表。
从表中可以看出，在五个实施例中，实施例3酯交换后粗生物柴油中甘油酯含量最低为1.8％，该实施例为最佳实施例。
Claims (1)
1.一种废油脂连续酯交换生产生物柴油的方法，其特征是：操作步骤如下：
(一)将酯化反应产生的水分离后含有质量比30％-75％的甘油酯的混合物加热后送入1#反应釜中，并加入催化剂及甲醇，搅拌；釜内设有催化剂分布盘、加热盘管和搅拌装置，催化剂分布盘用以提高催化剂分布均匀性，减少副反应发生；通过在加热盘管中通入蒸汽，调节反应温度至68-70℃；搅拌装置使混合物、催化剂及甲醇混合均匀，以加快酯交换反应速度；反应过程中少量挥发起来的甲醇气从釜顶进入1#冷凝器冷凝成甲醇液滴返回到釜中；
(二)1#反应釜中的废油脂、催化剂、甲醇以及反应产生的粗甘油和生物柴油混合物从釜底自流到1#沉淀釜内，1#沉淀釜内少量挥发起来的甲醇气从釜顶进入到1#冷凝器冷凝成甲醇液滴返回1#反应釜中；1#沉淀釜底部装有自动测量的密度计，由于粗甘油的密度比废油脂、生物柴油高而沉淀于釜底，当密度达到设定值时，自动开启釜底阀门将部分粗甘油排入粗甘油槽中，在排放过程中会流失部分催化剂；
(三)1#沉淀釜中的废油脂、甲醇、催化剂以及反应产生的粗甘油和生物柴油混合物从釜底自流到2#反应釜内，并在2#反应釜中补充加入催化剂，2#反应釜内设有催化剂分布盘、加热盘管和搅拌装置，催化剂分布盘用以提高催化剂分布均匀性，减少副反应发生，通过在加热盘管中通入蒸汽调节2#反应釜反应温度至68-70℃，搅拌装置使废油脂、催化剂、甲醇混合均匀，以加快酯交换反应速度，反应过程中少量挥发起来的甲醇气从2#反应釜顶部进入2#冷凝器冷凝成甲醇液滴后返回2#反应釜中；
(四)反应后生成的生物柴油、大部分粗甘油以及甲醇、催化剂等混合物从2#反应釜底部自流到2#沉淀釜中，2#沉淀釜内部中间设有一挡板，使物料在2#沉淀釜内呈U型流动，有利于甘油与生物柴油分离和排出，底部设有自动测量的密度计，生物柴油及甲醇、残存催化剂从2#沉淀釜侧面上部流出，2#沉淀釜中少量挥发起来的甲醇气从顶部进入2#冷凝器冷凝成甲醇液滴后返回到2#反应釜中，粗甘油沉淀于2#沉淀釜底部，当密度达到设定值时，自动开启釜底阀门将粗甘油从2#沉淀釜底排入粗甘油槽中，该粗生物柴油中甘油酯质量比含量为1.8％-2.5％；
(五)酯化反应产生的水分离后的混合物从进入1#反应釜2至粗生物柴油从2#沉淀釜5出来，总的反应时间为5-6.5h。
由于酯交换反应为可逆反应过程，在1#沉淀釜中排出部分粗甘油后，能促使酯交换反应平衡向生成生物柴油方向移动，有利于提高酯交换反应转化率；同时由于排放粗甘油过程中会流失部分催化剂，因此在2#反应釜中适当补充些催化剂，以促进反应继续顺利进行。
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